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　　武漢大學(xué)學(xué)報工學(xué)版發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度的光電測量岳優(yōu)蘭焦作大學(xué)，河南焦作454001主商要根據(jù)砷化鎵半導(dǎo)體的光吸收特性。設(shè)計了種新型的發(fā)電轉(zhuǎn)子溫度測量系統(tǒng)。利用模擬裝置，在實時動態(tài)。非接觸的情況下。實現(xiàn)了發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度檢測。取得了圓滿的實驗效果。

　　保證電廠發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行和防止其遭受嚴(yán)重破壞，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及為用戶不間斷供電起著決定性的作用。大型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子面溫升，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子端部和它們的接觸處產(chǎn)生的附加發(fā)熱特別嚴(yán)重，成為影響發(fā)電機安全運行的重要因素之。傳統(tǒng)的監(jiān)測發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度的方法13有碳刷滑環(huán)接觸測量無線電電子測量和紅外測溫等。這些方法各有優(yōu)缺點，但都很難做到多點同時監(jiān)測，抗干擾能力較差。目前，監(jiān)測大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度的直接測試手段尚在研宄之中，國外曾報道過利用熒光體的光學(xué)特性測啁發(fā)電機轉(zhuǎn)子的溫度的研究報告3，該方法的困難之處適難以找到合適的熒光物質(zhì)。我們設(shè)計了種新型的傳感結(jié)構(gòu)，采用這種新型的測溫方案，具有結(jié)構(gòu)簡單安裝方便非接觸測溫測量精度高等優(yōu)點，在攝氏70150內(nèi)，模擬測量溫差在2，以內(nèi)23.

　　1光電測溫的原理與裝置1.1砷化鎵晶體中的光吸收半導(dǎo)體中，當(dāng)個電子被光子激發(fā)時，引起兩種基本類型的躍遷，即直接躍攖和間接躍遷，半導(dǎo)體晶體的禁帶寬度在晶體中的光吸收過程直接相關(guān)而禁帶寬度是與溫度有關(guān)的單調(diào)函數(shù)品體溫度上升引起禁帶寬度減小，晶體中的光吸收過程加強，使得晶體躍光率下降，據(jù)此可進(jìn)行溫度檢測。砷化鎵晶體的電子躍攖率高，禁帶寬度大，具有直接躍遷型的能，機構(gòu)，是制作半導(dǎo)體溫敏元件，想的材料。實際試驗使用的溫敏元件為本征砷化鎵薄尸。

　　研宄面，在砷化鎵晶體厚度達(dá)到定值時，又寸于波長小于禁帶波長的光波，隨著入射光子波長長大于禁帶波長的光波，幾乎沒有吸收。研究明，以下幾個公式成立其中戶心入射光源功率譜分布，光源光譜的下限波長和上限波長；7了與溫度了對應(yīng)的光能透過率；溫度7時的砷化鉉品體禁帶寬度討應(yīng)的訪帶波長。

　　光源得到的實驗曲線。中的橫坐標(biāo)溫度，縱坐標(biāo)衣小光源探測器輸出的電信，他晶體光透過率的變化引起探測器電信號輸出的變化。由于白忙源的光譜功。卞分佰比較均勻，姻駘線接近光波長1.3測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析理想的測溫方法應(yīng)滿足面的條件⑴實際信號與參考信號應(yīng)使用同光源。⑵實際光信號與參考光信號為同光電探測器接受，經(jīng)同屯路放大處理。有如此。才能直線，這和理論公式2致。半導(dǎo)體發(fā)光極管0的實驗結(jié)果為1曲線，和它的光告功率分布有關(guān)。如果對其曲線作微分，所得到微分曲線和1上1的光譜功率分布線形狀很接近，進(jìn)步驗證了理論公式的正確性。

　　1.2關(guān)于砷化鎵半導(dǎo)體光吸收特性的兩種基本測輻度檢測方法。其原理3，假定所用光源光譜集中在附近，當(dāng)溫度上升時，由于透射率減小，探測器接受到的光功率降低，輸出電信兮幅度減小過校準(zhǔn)以后可根，探測器輸信號幅度的大小來確定待測溫度的高低，在這種測量方法中，主要應(yīng)消除光源波動的影響。

　　邊帶波長檢測法。這種測溫方法的基本原理4，對于定厚度的砷化鎵半導(dǎo)體，在某溫度值剛近的帶隙能1私7及小；其付應(yīng)的波長用心乃，光波長位于心附近時，其透過率對溫度貨化敏感。對時，透入品體中的光波兒乎乍部波晶體吸收，而對人入5乃邊帶波長的殳化。就可以準(zhǔn)確地獲得待測溫度值。這種方法所毋解決的主要問圮環(huán)境光的擾。另方面，當(dāng)光探測器與光源位于1側(cè)時。這種方法受到限1在發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度測量方案中，我們從結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟性實用性的要求出發(fā)選擇了幅度檢測方法服尤源波動光路貨化等多種因素的擾。7觀反映真實的溫度信號。在我們實際的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子度動態(tài)檢測的要求和特點，巧妙地解決了上述問2透過率7與溫度關(guān)系曲線10探測器2實現(xiàn)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子農(nóng)面溫度動態(tài)在線檢測測點位置。解決這問的便捷方法逛引入標(biāo)志信號，既能解決測點定位。，能消除光源波動光路變化等干擾因素。同時，利用半導(dǎo)體溫敏元件和標(biāo)志元件本身的特征參量，還可以解決溫度測量中的定標(biāo)問。溫敏元件和標(biāo)志元件的結(jié)構(gòu)分別67.

　　i，2反射金膜6足半導(dǎo)體溫敏兒件的紀(jì)構(gòu)。在柱形的玻璃基體上貼廣砷化鎵晶以厚度在⑴㈧晶體血拋光，在砷化餑晶體與玻璃基體的界面處鍍了反射金膠。使得透入砷化鎵晶體中的光波部分沿原路線反射，九用人射光用禾，晶體面反射光用2.3+2與2的比值僅與半導(dǎo)體溫敏元件木身的特征參量如血發(fā)射率金膜反射率及晶體透過率7義。除了透過率與溫度存關(guān)以外。其他參景都圮定不變。

　　設(shè)與3+27寸應(yīng)的電信號值用，不，與2對應(yīng)的信號值用隊。它們的比值僅與晶體溫度有關(guān)。測量認(rèn)與，的比值，并通過定標(biāo)，就能推出晶體處的溫度。

　　比苻如特點①沒有反射金膜②砷化鎵品體的厚度大于這樣，透入晶體的光波可以完全被晶體吸收。光源探測器接受到的只是面反射光倍號2，不含溫度信號，即為標(biāo)志信號ij n，砷化鎵晶體半導(dǎo)體溫敏元件反射回的光信號引起的電信號伙和由標(biāo)識元件返回的與溫度無關(guān)的光信號引起的電信號7，通過微機及相應(yīng)的軟件對其處理運算查，可以獲得相應(yīng)測點溫度。

　　傳遞系數(shù)；你探測器響應(yīng)，在所用光源光譜范圍內(nèi)認(rèn)為是常數(shù)；0，入射到晶體面的光通然儀器件本身的特征參量以入及溫度了有關(guān)。因而，據(jù)此進(jìn)行溫度定標(biāo)和測量是1.4檢測電路如果在汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子及面圓周埋設(shè)有個半導(dǎo)體溫敏元件和個標(biāo)志元休那么由光電探測器獲得模擬電信號波形8中點波形汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。其中脈沖探測器3的溫度信號，脈沖工標(biāo)志信號。

　　顯然，為了能正確獲得各測點電信號與標(biāo)志信號之間的比值關(guān)系，必須能保持和測量各測點電信號和標(biāo)志倍1的峰值。采集模擬電路的輸出波形如另方面，模擬電路本身應(yīng)具有能提供啟動8，8單片機人0轉(zhuǎn)換器的邏輯倍號。以及防止誤峰偵保持閾值電平調(diào)節(jié)功能，信號采集梭擬電路功能塊的方框9.

　　完整的波形和時序邏輯8.兒5，分別9中相應(yīng)點的波形。

　　2實驗研究為了研宄測溫系統(tǒng)的性能，本文設(shè)計了模擬裝置。用來模擬發(fā)屯機轉(zhuǎn)子及狀況及轉(zhuǎn)動規(guī)。在模擬裝置上對測溫系統(tǒng)性能進(jìn)行了測試實驗是針對個探測點進(jìn)行的。

　　2.1動態(tài)升降溫過程系統(tǒng)測溫實驗利用加熱裝置對晶體進(jìn)升溫和降溫。模擬發(fā)電機轉(zhuǎn)子的升溫和降溫過程。測溫系統(tǒng)實時測量晶體面溫度，同時記錄常規(guī)溫度儀器顯的溫度值。實際的兩組升降溫曲線中縱坐標(biāo)系統(tǒng)測量值，橫坐標(biāo)溫度儀指值，中，升溫過程的測量曲線，6降溫過程的測量曲線，兩組測量數(shù)據(jù)是在相同條件下進(jìn)行的。

　　光電棚器放大器采扦定持控制器比較器闈分電路比較器1與非門采樣塍售艦以集成單穩(wěn)觸發(fā)器溫度儀的指誤差在4以內(nèi)，在140，其誤差為2；且隨著溫度升高，測溫系統(tǒng)測溫值與溫度儀指值趨于致。引起這現(xiàn)象的原因是紅外發(fā)光極管發(fā)光光譜中心波長對應(yīng)溫度值偏向高以側(cè)。

　　2.2系統(tǒng)測溫重復(fù)實驗測溫系統(tǒng)的重復(fù)件坫體現(xiàn)系統(tǒng)性能的個重要方面，為此，我們在不同時間作了組升溫實驗，所得測溫曲線分別用實驗明，在高溫區(qū)，條曲線的重復(fù)性很好，而在，度儀指值C影響重復(fù)性的因素較多，主要有以下幾個因素必機內(nèi)溫度上升，使發(fā)射極管發(fā)光光譜發(fā)生溫度漂移，中心波長向長波方向移動，振動噪聲的影響③溫敏元器件的砷化鎵晶體與模擬轉(zhuǎn)子接觸不好而形成溫差；存在定標(biāo)誤差，測量系統(tǒng)的傳感器具有非線性，在低溫段靈敏度較低，即溫度儀桁值r信噪比較低。所以在70，以下的重復(fù)性稍有差異。

　　2.3測溫系統(tǒng)響應(yīng)性能測試測溫系統(tǒng)的實際響應(yīng)速度很快，包括顯延時時間在內(nèi)，組溫度數(shù)據(jù)的測量只需要48左右，圮真正的實，測量系統(tǒng)。為進(jìn)1步考察測溫系統(tǒng)溫，并對此過程進(jìn)行了溫度測試。加熱器電壓變化過程，即實際測溫結(jié)果13，曲線為溫度儀器指曲線，曲線5為測溫系統(tǒng)測量曲線，該曲線所反映的動態(tài)過程包括了整個探測頭的熱慣！。

　　曲線，和曲線5在降溫階段有較大差異，主要原因是迅速降溫過程中測溫傳感頭與模擬轉(zhuǎn)子之間存在接觸溫差所引起。因此，這告訴我們在實際測量中，應(yīng)盡量使溫敏元件與發(fā)電機轉(zhuǎn)子測點緊密接觚吖利于提沿則溫系統(tǒng)的響應(yīng)速設(shè)。

　　加熱電壓變化過枵意系統(tǒng)具有如下特性1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡卷安裝較方便，可實時非接觸結(jié)論8陳，劉先斌。隨機有限元法及其工程應(yīng)用赳成都西南交通大學(xué)出版社，1993.

　　Iiq張文正，劉令瑤，陳祖煜，等。鐵山土壩應(yīng)力變形的數(shù)值和觀測分析中國土木工程學(xué)會第屆土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會議論文集北京中國建筑工上接第63頁系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性重復(fù)性抗干擾性及響應(yīng)特性。

　　與傳統(tǒng)的測溫方法相比，可完成多點監(jiān)測，適當(dāng)改進(jìn)后，可對轉(zhuǎn)子溫度進(jìn)行循回檢測。

　　l黃榮華。汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子測溫方法的探討以。大電機2陳遵榮，黃耀群，王斌。同步電機轉(zhuǎn)子的無觸點測溫。東方電機，199524751.